Gewinnung strategischer Metalle aus komplexen polymetallischen lli Gemischen

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1 Die Ressourcenuniversität. Seit Institut für Technische Chemie Gewinnung strategischer Metalle aus komplexen polymetallischen lli Gemischen Innovationsforum Life Cycle und Recycling seltener Metalle mit strategischer Bedeutung Martin Bertau 1. März 2011 TU Bergakademie Freiberg I Leipziger Straße 29 I Freiberg Tel. +49/3731/ I Fax +49/3731/ I

2 Herausforderung polymetallische Gemische Eine Frage der Rohstoffchemie Klassische technische Prozesse sind fokussiert: Verarbeitung von Primärrohstoffen Verarbeitung von Sekundärrohstoffen Ziel: Gewinnung von wirtschaftlich interessanten Hauptkomponenten Integrierte Prozesse bislang wenig attraktiv Folge: Wichtige strategische Metalle wurden entsorgt Mit steigender Rohstoffverknappung zunehmend gefragt: Nutzung heimischer Rohstoffe Geringere geopolitische Abhängigkeiten Gewinnung von Mindermetallen

3 Herausforderung polymetallische Gemische Eine Frage der Rohstoffchemie Aber: Primär- und Sekundärrohstoffe sind häufig polymetallische Gemische Herausforderungen: Chance: Bedarf: Isolierung der Hauptkomponenten Gewinnung der Nebenkomponenten Verwertung der Begleitstoffe Wirtschaftlichkeit und Ökologie Arbeiten aus homogener wäßriger Lösung Neue Technologien

4 Herausforderung polymetallische Gemische Eine Frage der Rohstoffchemie Die Spaltung polymetallischer Gemische setzt eine profunde chemische Expertise voraus Moderne Rohstofftechnologie ist in großem Maße Rohstoffchemie!

5 Zinnwaldit Potential eines heimischen Zukunftsrohstoffes

6 Lithiumerze Die wirtschaftlich bedeutsamsten Lithiumerze und Zinnwaldit Mineral Zusammensetzung Lithiumgehalt in % Li 2 O Besonderheit Spodumen LiAl(Si 2 O 10 ) ,5-7,0 Wichtigstes Lithiumerz Amblygonit (Li,Na)Al(PO 4 )(F,OH) 8,0-9,0 PO 4 3-,F - Petalit LiAl(Si 4 O 10 ) 3,0-4,5 Lithiumextraktion aus Zinnwaldit Lepidolith K(Li,Al) 3 (AlSi 4 O 10 )(F,OH) 2 3,0-5,0 Rb, Cs Zinnwaldit K(Li,Fe,Al) 3 (AlSi 4 O 10 )(F,OH) 2 2,0-5,0 F -,Rb, Cs

7 Aufarbeitung von Lithiumerzen Säureaufschluß α-spodumen Zerkleinern Vorbehandeln bei C C β-spodumen Filtrieren Rückstand: Silkikate Laugen Lithiumextraktion Mischen mit H 2 SO 4 aus Zinnwaldit Calcinieren Ausfällen von Verunreinigungen mit NaOH und Na 2 CO 3 Filtrieren, Rückstand: Verunreinigung (Mg, Ca, Al,Fe) Ausfällen von Li 2 CO 3 mit Na 2 CO 3 Lithiumcarbonat 9 Prozeßschritte Zinnwaldit: Ungeeignet wegen HF-Freisetzung

8 Aufarbeitung von Lithiumerzen Kalksteinbrennen -Spodumen Zerkleinern Kalkstein beimischen Brennen bei C Reinigung der Lösung Auswaschen mit Wasser bei 100 C Lithiumextraktion Zerkleinern aus Zinnwaldit Abkühlen LiOH-Lösung Eindampfen oder als Lithiumcarbonat ausfällen Lithiumhydroxid oder Lithiumcarbonat 8 Prozeßschritte Zinnwaldit: Keine HF-Freisetzung, evtl. Probleme beim Schmelzen

9 Aufarbeitung von Lithiumerzen Gipsaufschluß Zinnwaldit Zerkleinern CaSO 4 und Ca(OH) 2 beimischen Sintern bei 900 C-975 C Reinigen der Lösung Filtrieren Lithiumextraktion Pulverisieren aus Zinnwaldit In Wasser lösen Aufkonzentratieren Ausfällen von Li 2 CO 3 mit K 2 CO 3 Lithiumcarbonat 9 Prozeßschritte Zinnwaldit: Keine HF-Freisetzung, Grammaßstab

10 Aufarbeitung von Lithiumerzen LithoSolv-Prozeß Zinnwaldit Zerkleinern Aufschlußmittel beimischen Rühren bei 100 C Lithiumcarbonat Ausfällen von Li 2 CO 3 mit Na 2 CO 3 Lithiumextraktion Laugen mit Wasser aus Zinnwaldit Filtrieren Aufkonzentratieren Ausfällen von Li 2 CO 3 mit K 2 CO 3 6 Prozeßschritte Zinnwaldit: Keine HF-Freisetzung, energieeffizient, Grammaßstab

11 LithoSolv-Verfahren Herausforderung Zinnwalditgitter Schichtsilikat K(Fe 0.6 Li 0.3 )(Al 0.9 Fe 0.1 )(Li 0.2 Fe 0.6 )[AlSi 3 O 10 ](OH 1.1 F 0.9 ) Li-Ionen durch Silikatebenen maskiert Bisherige Strategie: Vollständige Zerstörung des Gitters LithoSolv-Prozeß: Freilegen der zentralen Al/Fe/Li/F-Ebene Silikatlage Lithiumhaltige Schicht Silikatlage

12 Zinnwaldit Potential von Sekundärrohstoffen

13 Hybride Lithiumgewinnung Ein neues Konzept Primärrohstoff Primärrohstoff Sekundärrohstoff Glimmer Tiefenwässer Li-Akkus LithoSolv- Verfahren Pyrometallurgie SiO 2 Chemische Prozessierung Fluoride Ni Co Zn Sn Li Mn W Rb Cs

14 Aufarbeitung von Lithiumerzen Übersicht Aus sbeute Ene ergiebedar rf Eig gnung ßstab Lithiumextraktion aus Zinnwaldit Säureaufschluß >90% hoch ja nein Technik Ma HF- -Bildung Kalksteinbrennen 80% hoch nein ja Technik Gipsaufschluß >90% hoch nein ja Labor LithoSolv ~15 % gering nein ja Labor Kosteneffiziente Rückgewinnung von Sekundärlithium

15 Indium Ein neues Verfahren zur Nutzung von Sekundärrohstoffen

16 Indium Vorkommen Theoretische Reserven: geschätzt ~ t Wirtschaftlich abbaubar: ~ Tonnen Größte Vorkommen in Kanada, China und Peru Deutschland: Erzgebirge g (Freiberg, Marienberg, Geyer) und Rammelsberg

17 Indium Produktion Nebenprodukt bei der Produktion von Zink oder Blei Raffinierung : >99,99 % Primärproduktion: 550 t Sekundärproduktion: 800 t Indiumpreis: 97 $/kg (2002) 880 $/kg (2011)

18 Indium Recycling Neues Verfahren 2010 an TU Bergakademie entwickelt Derzeit in Patentierungsphase Einfache, kosteneffektive Indiumgewinnung g durch Spaltung polymetallischer Gemische Wirtschaftliche Gewinnung der Begleitmetalle Reinheit des Rohindiums: 99,1 99,6 %

19 Prozeßschema Indium-Recycling Indiumhaltige Abfälle Laugung In-haltige Lösung Fraktionierte Fällung Ni Pb In Al Cu Ag

20 Seltenerdmetalle Verfahren zur Gewinnung von SE-Oxiden aus polymetallischen Gemischen

21 Prozeßschema SEO-Gewinnung Das Indium-Verfahren ist auch zur Gewinnung von SEO geeignet Verfahrensmodifikationen erforderlich SE-haltige Abfälle Laugung SE-haltige Lösung Fraktionierte Fällung Ni SEO Pb